Анализ

влияния морской

и прибрежной сейсморазведки

и бурения скважин

на миграцию лосося

на о. Сахалин

Веденев А.И.

Анализ влияния морской и прибрежной сейсморазведки и

бурения скважин на миграцию лосося на о. Сахалин

Работа выполнена при поддержке WWF России

Москва, 2009

1

Оглавление Введение ……………………………………………………………………………………… 2 Методы сейсмосъемки. Сейсморазведка у берегов Сахалина……………………………… 5 Уровни звука и частотный диапазон сейсмопушек. Сейсмические источники, применяемые на шельфе о. Сахалин. Шум бурения скважин ……………………… ……… 7 Механизм слуха у рыб. Что известно о слухе лососевых…………………………………….. Акустическое воздействие от сейсморазведки и бурения скважин на рыб и планктон… О «зонах безопасности» при проведении сейсморазведки в период нерестовых и покатных мигрираций лосося……………………………………………………………… Выводы………………………………………………………………………………………… Литература……………………………………………………………………………………… Введение В последние годы появилось несколько обзорных работ, посвященных анализу влияния сейсморазведки на рыб и рыбный промысел, из которых стоит отметить (J. Dalen, 2007), как наиболее полную. В этой работе есть немало ссылок, на то, что по рассматриваемой теме данные либо не полные, либо противоречивы или вообще отсутствуют. Поэтому, в условиях нарастающего освоения шельфовых месторождений в морях России, исследование влияния сейсморазведки на морскую биоту превращается в важную и первоочередную задачу. В настоящем обзоре мы кратко рассмотрим методы сейсморазведки, характеристики применяемых пневмоисточников, механизм слуха у рыб и литературные данные по акустическому воздействию пневмоисточников на гидробионты.

Особое внимание будет уделено сейсмоакустическим исследованиям на о. Сахалин и вопросам необходимости разработки мер смягчения негативного акустического воздействия сейсморазведки на тихоокеанский лосось.

В настоящее время практически весь морской шельф о. Сахалин разделен на лицензионные участки, освоение которых планируется по нефтегазовым проектам «Сахалин 1,2,…9». Расположение лицензионных участков нефтегазовых проектов на шельфе о.

Сахалин показано на Рис. 1. Промышленная добыча уже проводится по проектам «Сахалинвключает месторождения «Чайво», «Одопту» и «Аркутун-Даги») и «Сахалин-2»

(включающий месторождения «Пильтун-Астохское» и «Луньское»), которые разрабатываются на условиях Соглашения о Разделе Продукции.

Рис.1 Расположение лицензионных участков нефтегазовых проектов “Сахалин I – IX”.

В связи с широкомасштабным освоением шельфа по сахалинским нефтегазовым проектам, популяции рыб и морских млекопитающих о. Сахалин подвергаются нарастающему антропогенному воздействию, причем прибрежная сейсморазведка, наряду с возможными сбросами токсичных отходов, по – видимому, является одной из главных составляющих этого негативного воздействия.

Из, примерно, 50 видов промысловых рыб, для Сахалина наибольшее значение имеет семейство лососёвых (Salmonidae.) В уловах лососевых на Сахалине преобладает горбуша (O. gorbuscha), на втором месте по значимости стоит кета (O. keta). Нерест лососёвых рыб проходит в течение августа-декабря. Лосось относятся к проходным рыбам и в разные периоды своей жизни (нерест, эмбриональная и личиночная стадии, покатная миграция молоди, нагул, нерестовый ход) связаны с местообитаниями как в открытом море, так и в реках и заливах. Поэтому особое беспокойство на о. Сахалин вызывает вопрос сохранения популяции лосося, так как сейсмические исследования проводятся в районах, где проходят пути нерестовых и покатных миграций лососевых рыб.

С одной стороны, аборигены Сахалинской области для которых морские биоресурсы и, прежде всего лосось, имеют этнообразующее значение, вместе с рыбопромысловыми компаниями требуют запрещения или ограничения прибрежной сейсморазведки в период путины. С другой стороны, нефтяные компании вообще отрицают наличие негативного воздействия на взрослые особи рыбы, а местные и федеральные власти оправдывают потенциальный риск негативного влияния на рыбные ресурсы Охотского моря высокими доходами от сахалинских нефтяных проектов.

В настоящем обзоре, рассмотрены данные из современных литературных источников, в попытке ответить на вопросы «Насколько серьезным может быть негативное воздействие прибрежной сейсморазведки на нерестовые миграции тихоокеанского лосося и какие меры необходимы для сохранения устойчивого рыболовства лососевых на о. Сахалин».

Методы сейсмосъемки. Сейсморазведка у берегов Сахалина В настоящее время, сейсмические исследования являются основным инструментом поиска и оконтуривания залежей нефти и газа на морском шельфе. Эти исследования выполняются путем зондирования дна интенсивными звуковыми волнами для получения 2-х или 3х мерных профилей отражающих границ в толще дна. По стратиграфии границ геологического строения дна и интенсивности волн, отраженных от этих границ можно судить об акустических свойствах геологических пластов, которые могут указывать на характерные признаки нефти или газа. По этим признакам выделяются объекты для поискового бурения скважин.

Для сейсмической съемки используются специальные суда которые буксируют источник сейсмических сигналов - батарею из пневмопушек излучающих короткие интенсивные звуковые импульсы и систему для приема отраженных сигналов – сейсмическую косу, представляющую собой акустическую антенну, буксируемую на глубине 5-8 м. Коса состоит из длинного пластикового кабель - шланга (до 8 км) с размещенными внутри гидрофонами (пьезодатчиками) соединенными с системой регистрации данных на судне.

Двухмерная (2D) съемка проводится на ранних стадиях, при поиске месторождений на больших по площади акваториях. Для приема используется только одна сейсмокоса, а судно «отстреливает» сетку параллельных линий, причем расстояние между линиями отстрела достаточно большое (1 км или больше). Обычно, при 2D сейсморазведке, пневмопушка «выстреливает» сжатый воздух через каждые 20- 30 м пути судна, т.е.

примерно через 10 сек при скорости судна 4-5 узлов (10 км/час).

Трехмерная (3D) съемка обычно используется нефтяными компаниями для оконтуривания уже открытых месторождений, так как она обеспечивает большее разрешение деталей в толще дна – с ячейками 25 x 25 м. Для этого используется большее количество сейсмокос (стримеров) – от 6 до 20, буксируемых на расстоянии 100 м друг от друга, а также две буксируемые батареи пневмопушек, стреляющих поочередно. В 3D съемке обычно используются более мощные по сравнению с 2D источники звука.

Так называемая 4D съемка - это повторная 3D сейсморазведка, в точности повторяющая предыдущую съемку (выстрелы той же амплитуды и в тех же точках) для мониторинга истощения или перемещения подземных резервуаров после начала добычи нефти или газа. Она повторяется через каждые 3-4 года до конца жизни месторождения.

Для поиска и разработки месторождений нефти и газа на шельфе нефтяные компании выполняют колоссальный объем работ по сейсмической съемке. Для примера, на Рис. показаны данные (J. Dalen, 2007) по темпам роста годовых объемов работ по сейсморазведке у побережья Норвегии.

Рис.2 Объемы работ по сейсмической съемке на Норвежском шельфе.

Здесь, начиная с середины 90-х г. объемы работ доходят до 600 000 – 800 000 погонных км сейсмической съемки, причем доля 3D постоянно увеличивается. Так в 2006г, из общего объема в 719 844 км, 45 646 км были выполнены методом 2D, а 674198 км методом 3D съемки.

По сравнению с Норвежским шельфом на шельфе Сахалина выполнено еще очень мало сейсмических исследований. На Рис.3 показаны треки 2D съемки (всего 28 000 погонных Км) выполненные ОАО «Дальморнефтегеофизика» (ДМНГ) в 2004-2007г. ДМНГ занимает более 90% рынка услуг сейсмосъемки на Сахалине.

Рис.3 2D cейсмосъемка ОАО ДМНГ на шельфе о. Сахалин (данные компании TGS-NOPEC) Отметим, что в 2002-2003гг на Сахалине сейсморазведка не проводилась. В 2008г. ДМНГ проводило 2D съемку на Кайганско-Васюканском лицензионном участке (для ЗАО «Элвари Нефтегаз») и в 2009г. собирается продолжать сбор 2D данных на нескольких участках северовосточного шельфа включая Кайганско-Васюканский и Восточно-Шмидтовский лицензионный участок (2000 км, ЗАО «Восток –Шмидт Нефтегаз») и Венинский лицензионный участок (ООО "Венинефть").

Данные по 3D съемке за последние годы включали работы на Лунском участке в 2003г. и полуострове Шмидта в 2007г. (примерно 9000 квадратных Км). Запланированная на 2009г.

4D съемка на Астохском участке (для компании «Сахалинская Энергия») отсрочена до 2010г.

по рекомендации Международной Консультативной Группы по Серым Китам (WGWAP).

Рекомендация по переносу сейсморазведки на 2010 г. была дана в связи с резким (на 40 %) уменьшением числа особо охраняемых западных серых китов в 2008 г. в Пильтунском районе нагула. Наиболее вероятной причиной сокращения численности серых китов в традиционном районе нагула была названа сейсморазведка на Кайганско-Васюканском участке, примыкающем к району нагула с севера и забивка свай на Одоптинской косе компанией Эксон Нефтегаз в июне и сентябре 2008 г (Отчет WGWAP, 2009).

В документе «Программа геолого-геофизических работ до 2015 года» (Заключение, 2005) указаны планы ДМНГ по сейсморазведке на Сахалинском шельфе до 2015г.: «Общий объем работ 2D по Охотскому морю, включая Татарский пролив (Японское море) и восточный шельф Южных Курил, составит 79000 погонных км, объем работ 3D по Охотскому морю, включая Татарский пролив (Японское море) и восточный шельф Южных Курил составит 51500 км2». Указанные планы по объемам работ представляются весьма скромными, если их сравнивать с объемом ежегодной сейсмосъемки в сотни тысяч погонных км на шельфе Норвегии. Для поиска новых месторождений нефти и газа будет проводиться 2D съемка, для их локализации 3D, а для мониторинга в процессе эксплуатации – повторная 4D съемка.

Поскольку весь шельф о. Сахалин является перспективным на нефть и газ, объемы работ по сейсморазведке будут постоянно нарастать, особенно из-за необходимости проведения регулярной повторной 4D съемки.

Уровни звука и частотный диапазон сейсмопушек. Сейсмические источники, применяемые на шельфе о. Сахалин. Шум бурения скважин.

Пневмопушка, представляет собой контейнер объемом от 0.5 до 10 литров, куда компрессором нагнетается давление воздуха до 140 атм, а затем происходит резкий выхлоп сжатого воздуха в воду. Из-за резкого роста воздушного пузыря (и его последующих колебаний) в водной среде образуются упругая волна сжатия, а затем разряжения в виде короткого импульса. Эта звуковая волна распространяется в воде, затем в слоях донных осадков, отражается от их границ и возвращается в воду, где и регистрируется гидрофонами сейсмокосы. Объемы пневмопушек обычно представлены в кубических дюймах и для перевода в литры используется соотношение 1куб. дм = 0.02 литра. Энергия импульса одиночной пушки находится в частотной полосе до 3 Кгц с максимумом в полосе 5-200 Гц.

Среднеквадратичные уровни звукового давления одиночной пушки составляют около 150дБ относительно 1 мкПа на расстоянии в 1м.

Для увеличения амплитуды звукового давления в импульсе и снижения частоты (энергия импульсов излучаемая на частотах свыше 100 гц бесполезна, так как быстро затухает в дне), а также увеличения направленности излучения в сторону дна, отдельные пневмопушки объединяют в группы (батареи). Для иллюстрации, На рис.4, показан спектр импульса батареи пневмопушек типа Bolt.

Рис. 4 Спектр импульса пневмоисточника типа Bolt с суммарным объемом пушек 2620 дм3.

Основная энергия импульса от сейсмического источника в виде батареи пушек находиться в полосе частот 5-120 Гц (с максимумом в полосе 10- 80 Гц), а полный размах амплитуды импульса (от положительного до отрицательного максимумов) пропорционален суммарному объему пушек, но зависит, также, от их расположения в группе и глубины буксировки.

Например, - в 1997 г. при 3D сейсморазведке на Пильтун-Астохском участке компания «Сахалинская Энегия» на судне Nordic Explorer использовала пневмоисточник (ПИ) общим объемом 52. литра (2620 дм3) с амплитудой звукового давления (приведенного к расстоянию 1м) 79.9 барм, что эквивалентно 257 дБ пик-пик отн. 1 Па ;

- в 2001г., при 3D съемке на участке Одопту, ДМНГ по поручению компании «Эксон нефтегаз» использовала ПИ общим объемом 1640 дм3, с амплитудой звукового давления 251.5 дБпик-пик отн. 1 Па (EMA, 2007);

- в 2009г при 2D съемке на Венинском и Кайганско - Васюканском блоках ДМНГ намерено использовать новые ПИ типа "APG Bolt Technology" общим объемом 750-800 куб. дюймов с амплитудой звукового давления 30-36 бар-м (около 250 дБ отн. 1 Па на 1м);

- запланированная компанией «Сах. Энегия» на 2010г 4D съемка на Астохском участке должна полностью повторить съемку 1997г, следовательно, предполагает использование ПИ общим объемом (52.4 литра) с амплитудой давления ~ 257 дБ дБ пик-пик отн. 1 Па на 1м.

В документе (Заключение, 2005) указаны планы ДМНГ по использованию на Сахалинском шельфе до 2015г. сейсмических судов с батареями ПИ типа Bolt Long Life и G-Gun:

- с\с «ZEPHYR-I» - Bolt Long Life 1900-LL-x, эффективным общим объемом около 50 л, рабочее давление 136 атмосфер, сгруппированы в 4 линии по 7-8 ПИ в каждой.

Пневмоисточники буксируются за судном на глубине 5-7 м, - с\с «ORIENT EXPLORER» - Bolt Long Life 1500 и Bolt 600B, общим объемом около 82 л, рабочее давление 136 атм, сгруппированы в 2 линии по 3 сублинии по несколько ПИ в каждой, - с\с «RAMFORM VANGUARD» - SODERA G-Gun, общим объемом около 101 л, рабочее давление 136 атм, сгруппированы в 2 линии по 3 сублинии по несколько ПИ в каждой.

Как видим, ДМНГ, обычно не указывает уровни сейсмических импульсов от ПИ на своих судах. Однако, для общих объемов пневмоисточников – от 30 до 100 литров пиковые значения уровней звукового давления находятся в пределах 250 - 265 дБпик-пик отн. 1 Па на 1м или примерно 240-255 дБ для среднеквадратических значений амплитуды.

Данные по уровням шума при бурении скважин на шельфе о. Сахалин в литературе практически отсутствуют. По своей природе подводный шум бурения является непрерывным в отличие от импульсного характера сигналов сейсморазведки. Среднеквадратические значения уровня шума от буровых установок значительно ниже уровней сигналов от пневмоисточников и по данным монографии (J. Richardson, 1995) составляют порядка 170 дБ отн. 1 Па на 1м. Их спектры обычно содержат мощные инфразвуковые тональные компоненты, связанные с гармониками частоты вращения бурового ствола и низкочастотные дискреты, связанные с работой других механизмов, таких как, например, дизельгенераторы. Уровни шума бурения в значительной мере зависят от типа и способа установки буровой платформы в море. Их уровни и характеристики спектра похожи на шум от крупных судов таких, например, как супертанкеры. Соответственно, акустическое воздействие шума буровых платформ аналогично негативному воздействию от шумов судоходства.

Число поисковых скважин на Сахалинском шельфе постоянно увеличивается. Известно, что в 2009г запланировано бурение разведочной скважины на Киринском лицензионном участке (проект «Сахалин –3», используется полупогружная буровая установка «DooSung»), и две поисковые скважины ООО "Венинефть" - на Венинской структуре блока ( в 10 Км от берега, на глубине моря в 25 м) и Северо-Венинской структуре, (в 9 км от берега, на глубине в 21 м).

Механизм слуха у рыб. Что известно о слухе лососевых.

Для оценки уровня звука обычно измеряют амплитуду звукового давления. Однако звук распространяется в среде как волны сжатия и разряжения среды. При этом реальные частицы среды из-за градиента звукового давления испытывают ускорение и перемещаются с некоторой колебательной скоростью. Колебательная скорость частиц это векторная величина, имеющая направление. Для простых ситуаций – вдали от источника звука, когда волны можно считать сферическими или плоскими, колебательная скорость частиц пропорциональна звуковому давлению.

Считается (Propper et al., 2003), что рыбы имеют более примитивные органы слуха, чем морские млекопитающие и в основном чувствительны к колебаниям частиц среды, а не к звуковому давлению. Известно, что большинство видов рыб имеет низкочастотный слух, с наилучшей чувствительностью в полосе частот до 1 Кгц. Некоторое представление о зависимости порога чувствительности слуха рыб от частоты (т. н. аудиограммы) можно видеть на Рис. 5а, по данным из (Fay, 1988) и на Рис. 5б, по данным (Мак Коли, 1994), где представлены также аудиограммы дельфина, тюленя и человека. Исследования показали, что атлантический и тихоокеанский лосось, имеет чувствительный слух и в области инфразвуковых частот 10 – 35 Гц (Knudsen et al. 92, 94, 97). Этот факт является крайне важным, так как известно, что в спектрах звука от бурения скважин и сейсморазведки как раз и содержатся мощные низкочастотные и инфразвуковые компоненты, которые лосось хорошо слышит.

5а, По данным (Fay, 1988) 5б, По данным обзора (McCauley, 1994) Рис. 5 Пороги чувствительности слуха рыб, морских млекопитающих и человека.

Было обнаружено, по крайней мере, два механизма восприятия звука рыбой.

Первый - это инерционное движение отолита - небольшой массы карбоната кальция внутреннего уха рыбы, имеющего в три раза большую плотность, чем остальная часть рыбы (которая близка к плотности воды). Отолит окружен сенсорным эпителием с множеством сенсорных волосковых клеток. В звуковом поле частицы эпителия вместе с частицами всей рыбы двигаются с колебательной скоростью частиц среды, а более плотный отолит «отстает» из-за инерции и прогибает волоски сенсорных клеток во внутреннем ухе. Это интерпретируется центральной нервной системой как звук.

Второй механизм связан с наличием внутри рыбы газовых полостей, таких как плавательный пузырь. Пульсации оболочки плавательного пузыря под воздействием звукового давления усиливают движение частиц тела рыбы с колебательной скоростью звука. Так появляется дополнительный механизм восприятия рыбами давления звука. При близком расположении пузыря (или другой газовой полости) к внутреннему уху, этот дополнительный механизм повышает чувствительность слуха в более широкой полосе частот (таких рыб относят к классу «specialists»). Рыбы, у которых отсутствует плавательный пузырь или отсутствует канал передачи колебательного движения от оболочки пузыря к внутреннему уху, имеют только низкочастотный слух и классифицируются как «generalists». Лососевые, хотя и имеют плавательный пузырь, но он часто бывает не заполнен, расположен далеко от внутреннего уха и, по мнению (Hawkins and Johnston, 1978) не играет роли в детекции звука.

Таким образом, тихоокеанский лосось относится к классу «generalist», его слух, скорее всего, не реагирует на звуковое давление, а воспринимает колебания самих частиц в звуковом поле, а частотный диапазон его слуха ограничен частотами от 5-10 Гц до 500-600 Гц.

Кроме того, есть свидетельства (Непрошин.А.,1972), что тихоокеанский лосось сам издает коммуникационные звуки на частотах в районе 500 Гц. Отметим также, что кроме внутреннего уха, многие рыбы имеют также дополнительную систему детекции колебаний среды т.н. «литеральные линии» из сенсорных клеток вдоль тела, способную детектировать слабые низкочастотные колебания воды до 200 Гц. (Hastings and Popper, 2005) Акустическое воздействие от сейсморазведки и бурения скважин на рыб и планктон.

По степени тяжести акустическое воздействие сейсморазведки на рыб можно разделить на:

Летальное (взывающее смертельный исход);

Патологическое (повреждения клеток или тканей, что может вызвать преждевременную смерть или иные последствия, такие как потерю или сдвиг порога слуха Поведенческое (реакции испуга, беспокойства, стресса, прерывание нереста, избегание акватории с высоким уровнем шума, кратковременный сдвиг порога Летальное.

Шум бурения скважин не вызывает летального исхода у морской биоты.

В работе (McCauley, 1994) есть свидетельство о том, что уровни импульсов от пневмопушки до 240 дБ отн. 1 Па не вызывают смертельного исхода у взрослой рыбы, однако в работе (Turnpenny and Nedwell, 1994) показано, что при уровнях 226-234 дБ у лососевых происходил разрыв плавательного пузыря, а при уровнях 192-198 дБ лосось был парализован (хотя и восстанавливался через 30 мин). Рыбы наиболее уязвимы к воздействию «ударной волны» на ранних стадиях развития. Летальные последствия для икры, личинок и мальков наблюдаются в непосредственной близости (1-10 метров) от пневмопушки при уровнях свыше 200 дБ отн. 1 Па (Kosheleva, 1992; McCauley,1994; Booman et al.,1996).

Исходя из подобных данных, в настоящее время в России при проведении Государственной экологической экспертизы расчет компенсации урона от морской сейсморазведки подсчитывается только по биомассе погибшего в радиусе 5 м от пневмопушек зоопланктона (кормовой базы рыб) и гибели ихтоопланктона - икры и личинок рыб. Расчеты основываются на сезонной плотности биомассы зоо и ихтиопланктона и мощности пневмоисточников.

В работе (Заключение, 2005) расчет потери рыбопродукции от гибели ихтиопланктона для Охотского моря в результате прямой гибели икры, личинок и мальков рыб дает от 1 до 1. тонны на 1000 погонных км. При этом потери рыбопродукции от гибели кормовой базы рыб прогнозируются на уровне 0.5 - 0.7 т/1000 пог. км в зависимости от мощности пневмоисточника сейсмического судна. Состав планктона подвержен значительной видовой, сезонной и многолетней изменчивости. Например, биомасса летнего зоопланктона северовосточного Сахалина в верхнем 50 - метровом слое достигает 3,5 г/м3, составляя в среднем 950 мг/м3, преобладают копеподы, однако также многочисленны личинки крабов и креветок (12 видов). Наибольшее число видов в ихтиопланктоне наблюдается в июле - до 16 видов рыб, в том числе дальневосточной наваги, тихоокеанского минтая, разных видов камбалы, а также личинки дальневосточной мойвы. В середине июля, здесь на долю икры минтая приходиться до 50 % от общей численности ихтиопланктона. Анализ сезонного и пространственного распределения икры и личинок рыб в дальневосточных морях позволяют утверждать, что наибольшее негативное воздействие на планктон будет наблюдаться в мае июле в период наиболее интенсивного нереста. Минимальная гибель ихтиопланктона от пневмоисточников бывает в ноябре - декабре, когда нерест наиболее многочисленных летненерестящихся видов рыб завершен. Очевидная гибель зообентоса при проведении прибрежной сейсмосъмки на мелководье в расчетах ущерба от сейсморазведки учитывается редко.